سیاهچاله فضایی
از ویکیپدیا، دانشنامهٔ آزاد
 |
برای اثباتپذیری کامل این مقاله، به منابع بیشتری نیاز است یا منابع ارائهشده بهدرستی ارجاع داده نشدهاست. لطفاً با توجه به شیوهٔ ویکیپدیا برای ارجاع به منابع با ارائهٔ منابع معتبر این مقاله را بهبود بخشید. مطالب بیمنبع ممکن است در آینده حذف شوند. |
سیاهچالهها اجرام فضایی دارای شعاع بسیار کم (در حدود یک دهم شعاع زمین) و جرم بسیار زیاد میباشند (بیش از ۵ برابر جرم خورشید). یکی از خصوصیات آنها گرانش زیاد آنها است که حتی نور را هم در خود جذب میکند.(این برداشت که نور جذب سیاه چالهها میشود کاملاً غلط است چون در نظریه نسبیت عام اینشتین گفته شدهاست که فضا-زمان به علت وجود ماده انحنا پیدا میکند که در سیاه چالهها حتی انحنا باعث ناپیوستگی در فضا زمان میشود و چون نور در این فضا-زمان حرکت میکند به ناچار وارد سیاه چاله میشود) گفتنی است.
مهمترین یافتههای اخترشناسی سالهای ۱۹۶۰ تپاخترها و اخترنماها هستند. تپ اخترها منابع رادیویی و (حداقل در یک مورد) منبع نوری تپنده منظم هستند. اختر نماها منابع نوری و رادیویی بسیار شدیدی هستند که ظاهراً از زمین فاصله زیادی دارند.
کشف تپ اخترها و اخترنماها بیشتر در نتیجه پیشترفتهای اخترشناسی رادیویی تحقق یافت که در سالهای ۱۹۷۰ منجر به جستجوی طبقه تازهای از اشیای آسمانی شد.
این پدیدهها، سیاهچاله نامیده میشوند زیرا حتی نور توانایی گریز ندارد(به عبارت فیزیکی سرعت فرار آن از سرعت نور بیشتر است) و بدین جهت تاریک دیده میشوند محوطهای که در دید تاریک دیده میشود افق رویداد و به شعاع آن شعاع شوارتزیلد میگویند.
اخترفیزیکدانان، سیاهچالهها را که بسیار کوچکند، آخرین مرحله تاریخ زندگی ستارگان بسیار بزرگ میدانند. دانشمندان، سیاهچالهها را که بر اثر نیروی گرانش خودشان فرومیپاشند، از نظریه نسبیت عمومی آلبرت اینشتین استنتاج کردهاند. نظریه اینشتین در نظریه جاذبه (گرانش) نیوتون کاملاً تجدید نظر کردهاست.
اگر یک سیاهچاله در فضای خارجی کشف شود. این رویدادها برای فیزیک و اخترشناسی با اهمیت خواهد بود. فیزیک کلاسیک نمیتواند سیاهچاله را تبیین کند. اگر یک سیاهچاله وجود داشته باشد، نسبیت عمومی به طور واقعی مورد تایید قرار خواهند گرفت.
فهرست مندرجات |
[ویرایش] تبدیل ستارگان بزرگ به سیاهچالهها
ابتدا برای فهم بهتر سیاهچالهها بد نیست این را بدانید سیاهچالهها به قدری متراکمند که اگر کل کرهٔ زمین قطرش به ۰/۹ سانتیمتر تقلیل یابد اما جرمش ثابت بماند به یک سیاهچاله تبدیل میگردد.
بر سر ستاره در حال مرگی که بیش از ۱٫۴ برابر خورشید است چه میآید؟ حتی نیروی قوی نیز نمیتواند سرعت فرو پاشی درونی آن را متوقف سازد. و این ستاره کاملاً فرو میپاشد و از مرحله ستاره نوترونی فراتر رفته و حتی به یک شی کوچکتر و چگال تر یعنی سیاهچاله تبدیل میشود.اگر هر جسم را به اندازه شعاع شوارتز شیلد منقبض کرد ان به یک سیاه چاله تبدیل میشود شعاع شوارتز شیلد زمانی ایجاد میشود که سرعت گریزه از جاذبه به سرعت نور برسد
فروپاشی کامل به معنای آن نیست که سیاهچاله از روی صفحه جهان محو میشود. همان طور که بهوسیله اینشتین توصیف شدهاست ساختار فضا- زمان فرو پاشی بی پایان را منتفی میکند و به جای آن یک انحنای غیر مادی، نامرئی و واقعی فضا را به وجود میآورد. یک سیاهچاله را میتوان به مرد نامرئی سنگین وزنی تشبیه کرد که روی یک نیمکت نشستهاست. او دیده نمیشود ولی وزن او در نیمکت فرورفتگی ایجاد میکند.
سیاهچاله برای فیزیکدانان نظری چیز تازهای نیست. در سال ۱۹۳۹ج. اوپنهایمرو هارتلند و اس. اشنایدر برای نخستین بار سیاهچالهها را به عنوان نتیجهای از نسبیت عمومی پیشنهاد کردند ولی در آن زمان برای تشخیص آنها هیچ راه معلومی وجود نداشت. اما با پیشترفت اخیر اخترشناسی رادیویی و کشف علائم رادیویی توضیح ناپذیر از اعماق فضا، سیاهچالهها به صورت موضوع بسیار مهم اخترشناسی درآمدهاند. دانشمندان معتقدند که این اشیای نظری پدیدههای با انرژی فوق العاده چون اختر نماها و تپ اخترها میتوانند نقشی داشته باشند. سیاهچالهها و ستارگان نوترونی تنها اشیای شناخته شده در فیزیک هستند که برای انجام مشاهدههای اخترشناختی روی چنان فرستندههای بسیار نیرومند تشعشع، به اندازه کافی فشرده و پر جرمند.
[ویرایش] ویژگی سیاهچالهها
فیزیکدانان به یاری تجهیزات کوچک، توصیف نسبتاً جامعی از سیاهچالهها به دست دادهاند. به باور دکتر جان ویلر و دکتر رئو روفینی از دانشگاه پرینستون سیاهچالهها اندازه و شکلی به مفهوم قراردادی آن ندارند اما آنها در محدوده یک قطر ۱۵ کیلومتری عمل میکنند. سیاهچالهها جرمهای متفاوتی بین جرم خورشید و صد میلیون برابر جرم خورشید دارند. سیاهچالهها مثل گرداب عمل میکنند. هر جرم با انرژی سرگردانی که به یک سیاهچاله نزدیک شود (در داخل فاصله معینی که افق آن خوانده میشود) بطور مقاومت ناپدیری به درون گرداب، که همان سیاهچاله، است کشیده میشود. نیروهای کشندی شدید درون سیاهچالهها ماده را در یک سمت میکشد و منبسط میکند و در سمت دیگر میفشرد و خرد میکند. تا آن که آن ماده به کلی تجزیه و جزء فضای خمیده و سیاهچاله شود.
خواص دیگر سیاهچالهها از این هم عجیب تر است. زمان و مکان خصوصیات خود را در درون ستاره کاملاً فرو پاشیده ردو بدل میکنند. هر شی در شرایط عادی اندازه خود را نگه میدارد ولی نمیتواند از عمر فیزیکی بگریزد. در درون سیاهچاله بر اشیا عمری نمیگذرد، ولی مداوماً کوچکتر میشوند. مشاهده کنندگان سیاهچاله از فاصله مطمئن و ایمنی نمیتوانند واقعاً آن را ببیند، زیرا نور مانند شکلهای دیگر انرژی، تحت تأثیر مکش سیاهچاله است...
همچنانکه نور به درون آن کشیده میشود، به طور بی پایانی به انتهای قرمز طیف رنگها تغییر مکان میدهد و سیاهچاله را سیاه و بنابراین نامرئی میکند. اگر سیاهچالهها اندکی مرئی بودند، مشاهده کنندگان، این ستارگان را درست آن گونه که پیش از فروپاشی هزاران میلیون سال پیش رخ داده بود میدیدند. علت آن است که وقتی ستاره به سیاهچاله تبدیل میشود، نسبت به ناظران بیرونی بی درنگ گذشت زمان در آن متوقف میشود. به عقیده جان ویلر و دکتر روفینی (علائم و اطلاعات مربوط به مرحلههای بعدی فرو پاشی هرگز نمیگریزند، بلکه در فرو پاشی خود هندسه (زمانی و مکانی) درگیر میشوند.)
[ویرایش] تعداد سیاهچالهها در جهان
به عقیدهای.جی.دابلیو. کامرون از دانشگاه یشیوا ممکن است جهان پر از سیاهچاله باشد. نظریه کیهانشناسی پیش بینی میکند که جهان شامل مقدار مشخصی مادهاست. اما اخترشناسان از مشاهده هایشان استنباط کردهاند که تقریباً ماده به اندازه کافی وجود ندارد تا این پیش بینیها را عملی سازد. ماده مشاهده شده به اندازه قابل ملاحظهای کمتر از ماده پیش بینی شدهاست. دکتر کامرون بر آن است که ماده گمشده ممکن است به وسیله شمار زیادی سیاهچاله بلعیده شده باشد.
تاریخ شیمیایی جهان نشان میدهد که نخستین ستارگانی که تشکیل شدهاند بسیار بزرگ بودهاند و انتظار میرود به سیاهچالهها تبدیل شوند. با قطعیت نمیتوان گفت که همه ستارگان ناگزیر به سیاهچالهها مبدل میشوند. دانشمندان نشان دادهاند که ستارگان نا متقارن ستارگانی که تقارن کروی تقریباً کامل ندارند به این سرنوشت دچار میشوند. اما به عقیده وای. ب. زلدوویچ فیزیکدانان شوروی و گروه انگلیسی استیون هاوکینگ، راجر بن روز و روبرت چراک، عدم تقارن شکلی کوچک، یک ستاره بزرگ را نجات نخواهند داد.
[ویرایش] آشکارسازی سیاهچالهها
یکی از راههای کشف سیاهچالهها استفاده از امواج گرانشی است که هنگام فروپاشی گسیل میدارند. هر جرم اختری از حیث شکل نامتقارن تششع ممکن است یک منبع قابل اکتشاف مشخص به وجود آورد. جوزف وبر از دانشگاه مریلند، پیش کسوت رشته تشعشع گرانشی، رویدادهای زیادی را کشف کردهاست که حاکی از ویرانی وسیع ماده در جهان، از راه فروپاشی گرانشی است. کارافزار او عبارت است از آنتنهای آلومینیومی، ابزاری که بهوسیله سیمهایی در داخل اتاقهای حفاظ داری آویزانند. این کار افزار او قادر به کشف سیاهچاله است، اما متاسفانه این کار را نمیتواند به دقت انجام دهد.
[ویرایش] جهان حفرهها
سیاهچاله ، این اجرام نادر و عجیب ، را میتوان نتیجه تفکرات جوان باهوش آلمانی که در سال ۱۹۱۹ در دفتر ثبت اختراعات سوئیس مشغول به کار بود دانست. آلبرت اینشتین در سال 1919 تئوری نسبیت عام خود را که انقلابی عظیم در فیزیک نوین بود را ارائه کرد. آلبرت اینشتین پی برده بود که جهان اساساً در مکانهای متفاوت نسبت به قوانین نیوتن قابل توضیح نیست. او گفت که سه بعد از فضا نمیتوانند به صورت مجزا از بعد چهارم یعنی زمان باشند. او گفت که اینها باهم پیوسته هستند و آنها فضا - زمان نامید. این ساختار همانند یک ساختار نامرئی است که در واقع وجود دارد. او گفت که فضا نمیتواند مطلق باشد، بلکه پیوسته است. این بافت فضا زمانی میتواند خمیده شود و یا اینکه پیچ و تاب پیدا کند.
این بافت که میتواند جالب باشد فقط در صورتی میتواند مسطح و صاف باشد که هیچ چیز در روی آن وجود نداشته باشد. اگر جسمی جرم دار در روی آن وجود داشته باشد گرانش نیز وجود دارد و هر جا که گرانش وجود داشته باشد این بافت فضا - زمان خمیده میشود. این خمیدگی این بافت برای اجرام حکم میکند که چگونه حرکت کنند، در واقع میگوید که گرداگرد این فضا - زمان خمیده به سیر و سفر بپردازند. گرانش در تئوری نسبیت عام اثر هندسی جرم بر فضای اطراف خود است. اگر بخواهیم کمی سادهتر توضیح دهیم همین خمیدگی عامل ایجاد گرانش است.
انیشتین برای تصور این واقعیت فرض کرد که کاغذی دارد و آن کاغذ را ساختار فضا - زمان فرض کرد. او جسمی سنگین را در روی آن ماغذ قرار داد (آن جسم را خورشید در نظر گرفت) و دید که در ساختار کاغذ خمیدگی و فرو رفتگی ایجاد شده است. او گفت که این فضا زمان خمیده گرانشی تولید میکند که هر چه این خمیدگی بیشتر باشد گرانش نیز قویتر خواهد بود. سرانجام در جهان اجرامی وجود دارند که این خمیدگی را به نهایت خود میرسانند و تمام مسیرها را بسوی خود خم میکنند و این اجرام حقیقتا" سیاهچالههای کیهانی هستند.
[ویرایش] تولد ستاره
برای فهم مقیاس بزرگ در جهان باید مقیاس های بسیار کوچک را درک کنیم. با باز کردن زندگی یک ستاره میتوانیم زاده شدن یک سیاهچاله را به خوبی درک کنیم. ستارهها زمانی پدید میآیند که ابری فوق العاده بزرگ از غبارهای کیهانی و هیدروژن در زیر بار گرانش خود فشرده شوند. در این صورت گرانش به همراه افزایش چگالی فزونی مییابد و بدین ترتیب فضا - زمان خمیده و خمیدهتر میشود. پس مدتی گاز هیروژن در هسته متراکم میشود و در این تراکم شدید اتمها با یکدیگر برخورد میکنند و دمای آنها رفته رفته افزایش مییابد. زمانی که دمای هسته به 10 میلیون درجه رسید، پروتونهای هیدروژن در پی واکنشهای زنجیرهای همجوشی هستهای به هلیوم تبدیل میشوند.
در هنگام این واکنشها مقداری از جرم نا پدید میشود که تبدیل به انرژی و امواج الکترومغناطیسی همچون نور میشوند. در این صورت یک جسم که همچون یک لامپ غول پیکر کیهانی است پدید آمده است و این آغاز زندگی یک ستاره است. هر ستارهای که ما در آسمان مشاهده میکنیم در هستهاش واکنشهای عظیم همجوشی رخ داده است تا این نور تولید شود و به ما برسد. هنگامی که ستاره همانند خورشید درخشان و نورانی میشود، گرانش آن سعی میکند تا ستاره را هم چنان منقبض کند و در خود فرو کشد. اما واکنشهای عظیم هستهای که در هسته ستاره انجام میشوند انرژی عظیمی تولید میکند و همین انرژی از در هم کشیده شدن ستاره و فرو ریختن آن جلوگیری میکند.
زمانی که ستاره مورد نظر (بسته به جرمش) سوخت خود را در چند میلیون یا چند میلیارد سال مصرف کرد و تمام هیدروژنها به هلیوم تبدیل شدند ستاره وارد مرحله جدید زندگی خود میشود. در این هنگام ستاره سعی میکند تا هلیوم تولید شده را به عناصر سنگینتر همانند آهن تبدیل کند، ولی این واکنشها چندان انرژی زیادی را تولید نمیکنند تا با گرانش به مقابله بپردازد. سر انجام پس از مدتی گرانش پیروز میشود و این پایان زندگی یک ستاره است. در این هنگام ستاره نسبت به جرمش میتواند به سه حالت تبدیل شود: کوتوله سفید ، ستاره نوترونی و سیاهچاله.
[ویرایش] پیروزی نهایی گرانش
یک ستاره نوترونی در برابر فشار عظیم گرانش در برابر فشرده شدن مقاومت میکند. اما اگر باقی مانده هسته پس از انفجار بیش از ۳ برابر خورشید جرم داشته باشد، آنگاه دیگر شرایط کاملا متفاوت میشود. در این شرایط حتی نوترونها از فشار بی وقفه گرانش نمیتوانند در امان باشند. نوترونها در بی خبری هم چنان فشرده میشوند و هسته ستاره در زیر بار گرانش در فضای خودش از پای در میآید و از شکل میافتد و در این صورت جرمی بسیار ترسناک میشود. یک فرم تاریک که در قلب ستارهها قرار داشته است و حال بی وقفه حرکت میکند و از فضای اطراف خود مواد را میمکد و آن را به درخشش وا میدارد. این اجسام گرسنه همان سیاهچالهها هستند که در آنها گرانش به پیروزی نهایی رسیده است. هر چیز که به محدوده جادویی آن وارد شود برایش بازگشتی نخواهد بود و نخواهد توانست تا بگریزد و سرانجام آین جسم بلعیده میشود.
[ویرایش] جستارهای وابسته
[ویرایش] منبع
دیسکهای توام و افشانههای نسبیتی در سیاه چاله
